Mechanistic calculations for wet scrubbing of aerosol/vapor from gas bubble rising in liquid pool are essential to safety of sodium-cooled fast reactor. Hence, scrubbing of volatile fission product from mixed gas bubble rising in sodium pool is presented in this study. To understand this phenomenon, a theoretical model has been setup based on classical theories of aerosol/vapor removal from bubble rising through liquid pools. The model simulates pool scrubbing of sodium iodide aerosol and cesium vapor from a rising mixed gas bubble containing xenon as the inert species. The scrubbing of aerosol and vapor are modeled based on deposition mechanisms and Fick's law of diffusion, respectively. Studies were performed to determine the effect of various key parameters on wet scrubbing. It is observed that for higher vapor diffusion coefficient in gas bubble, the scrubbing efficiency is higher. For aerosols, the cut-off size above which the scrubbing efficiency becomes significant was also determined. The study evaluates the retention capability of liquid sodium used in sodium-cooled fast reactor for its safe operation.
In this paper, from a review of the size distribution of the bubbles during pool scrubbing obtained from experiments by EPRI, we apply the bubble size distributions to analyses on the decontamination factors of pool scrubbing via I-COSTA (In-Containment Source Term Analysis). We perform sensitivity studies of the bubble size on the various mechanisms of deposition of aerosol particles in pool scrubbing. We also perform sensitivity studies on the size distributions of the bubbles depending on the diameters at the nozzle exit, the molecular weights of non-condensable gases in the carrier gases, and the steam fractions of the carrier gases. We then perform analyses of LACE-ESPANA experiments and compare the numerical ~ results to those from SPARC-90 and experimental results in order to show the effect of the bubble size distributions.
The containment filtered venting system (CFVS) filters the atmosphere of the containment building and discharges a part of it to the outside environment to prevent containment overpressure during severe accidents. The Korean CFVS has a tank that filters fission products from the containment atmosphere by pool scrubbing, which is the primary decontamination process; however, prediction of its performance has been done based on researches conducted under mild conditions than those of severe accidents. Bubble behavior in a pool is a key parameter of pool scrubbing. Therefore, the bubble behavior in the pool was analyzed under various injection flow rates observed at the venturi nozzles used in the Korean CFVS using a wire-mesh sensor. Based on the experimental results, void fraction model was modified using the existing correlation, and a new bubble size prediction model was developed. The modified void fraction model agreed well with the obtained experimental data. However, the newly developed bubble size prediction model showed different results to those established in previous studies because the venturi nozzle diameter considered in this study was larger than those in previous studies. Therefore, this is the first model that reflects actual design of a venturi scrubbing nozzle.
An improved mitigation system for thermally-induced steam generator tube rupture accidents was introduced to prevent direct environmental release of fission products bypassing the containment in the OPR1000. This involves injecting bypassed steam into the containment, cooling, and decontaminating it using a water coolant tank. To evaluate its performance, a severe accident analysis was performed using the MELCOR 2.2 code for OPR1000. Simulation results show that the proposed system sufficiently prevented the release of radioactive nuclides (RNs) into the environment via containment injection. The pool scrubbing system effectively decontaminated the injected RN and consequently reduced the aerosol mass in the containment atmosphere. However, the decay heat of the collected RNs causes re-vaporization. To restrict the re-vaporization, an external water source was considered, where the decontamination performance was significantly improved, and the RNs were effectively isolated. However, due to the continuous evaporation of the feed water caused by decay heat, a substantial amount of steam is released into the containment. Despite the slight pressurization inside the containment by the injected and evaporated steam, the steam decreased the hydrogen mole fraction, thereby reducing the possibility of ignition.
Park, Sung Hoon;Park, Changhwan;Lee, JinYong;Lee, Byungchul
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.4
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pp.692-699
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2017
The determination of the shape and rising velocity of gas bubbles in a liquid pool is of great importance in analyzing the radioactive aerosol emissions from nuclear power plant accidents in terms of the fission product release rate and the pool scrubbing efficiency of radioactive aerosols. This article suggests a simple parameterization for the gas bubble rising velocity as a function of the volume-equivalent bubble diameter; this parameterization does not require prior knowledge of bubble shape. This is more convenient than previously suggested parameterizations because it is given as a single explicit formula. It is also shown that a bubble shape diagram, which is very similar to the Grace's diagram, can be easily generated using the parameterization suggested in this article. Furthermore, the boundaries among the three bubble shape regimes in the $E_o-R_e$ plane and the condition for the bypass of the spheroidal regime can be delineated directly from the parameterization formula. Therefore, the parameterization suggested in this article appears to be useful not only in easily determining the bubble rising velocity (e.g., in postulated severe accident analysis codes) but also in understanding the trend of bubble shape change due to bubble growth.
Na, Young Su;Ha, Kwang Soon;Park, Rae-Joon;Park, Jong-Hwa;Cho, Song-Won
Nuclear Engineering and Technology
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v.46
no.6
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pp.797-802
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2014
This study investigated the thermal hydraulic issues in the Containment Filtered Venting System (CFVS) for a long operating time using the MELCOR computer code. The modeling of the CFVS, including the models for pool scrubbing and the filter, was added to the input file for the OPR-1000, and a Station Blackout (SBO) was chosen as an accident scenario. Although depressurization in the containment building as a primary objective of the CFVS was successful, the decontamination feature by scrubbing and filtering in the CFVS for a long operating time could fail by the continuous evaporation of the scrubbing solution. After the operation of the CFVS, the atmosphere temperature in the CFVS became slightly above the water saturation temperature owing to the release of an amount of steam with high temperature from the containment building to the scrubbing solution. Reduced pipe diameters at the inlet and outlet of the CFVS vessel mitigated the evaporation of scrubbing water by controlling the amount of high-temperature steam and the water saturation temperature.
Accurate prediction of size, shape and velocity of a bubble rising through a liquid pool is very important for predicting the particulate removal efficiency in pool scrubbing, for designing engineering safety features to prepare for severe accidents in nuclear power plants, and for predicting the emission of fission products from MCCI (molten core-concrete interaction) process during severe accidents. In this review article, previous studies on the determination of the size, shape and rising velocity of a bubble in liquid are reviewed. Various theoretical and parameterization formulas calculating the bubble size, shape and velocity from physical properties of liquid and gas flowrate are compared. Recent studies tend to suggest simple parameterizations that can easily determine the bubble shape and rising velocity without iteration, whereas iteration has to be performed to determine the bubble shape and velocity in old theories. The recent parameterizations show good agreement with measured data obtained from experiments conducted using different liquid materials with very diverse physical properties, proving themselves to be very useful tools for researchers in related fields.
After the Fukushima Daiichi nuclear power plant (NPP) accident, new regulatory requirements were enforced in July 2013 and a backfit was required for all existing nuclear power plants. It is required to take measures to prevent severe accidents and mitigate their radiological consequences. The Regulatory Standard and Research Department, Secretariat of Nuclear Regulation Authority (S/NRA/R) has been conducting numerical studies and experimental studies on relevant severe accident phenomena and countermeasures. This article highlights fission product (FP) release and hydrogen risk as two major areas. Relevant activities in the S/NRA/R are briefly introduced, as follows: 1. For FP release: Identifying the source terms and leak mechanisms is a key issue from the viewpoint of understanding the progression of accident phenomena and planning effective countermeasures that take into account vulnerabilities of containment under severe accident conditions. To resolve these issues, the activities focus on wet well venting, pool scrubbing, iodine chemistry (in-vessel and ex-vessel), containment failure mode, and treatment of radioactive liquid effluent. 2. For hydrogen risk: because of three incidents of hydrogen explosion in reactor buildings, a comprehensive reinforcement of the hydrogen risk management has been a high priority topic. Therefore, the activities in evaluation methods focus on hydrogen generation, hydrogen distribution, and hydrogen combustion.
Weichao Li ;Zhaoming Meng;Jianchuang Sun;Weihua Cai ;Yandong Hou
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2011-2017
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2023
Gas submerged jet is an outstanding thermohydraulic phenomenon in pool scrubbing of fission products during a severe nuclear accident. Experiments were performed on the hydraulic characteristics in the ranges of air mass flux 0.1-1400 kg/m2s and nozzle diameter 10-80 mm. The results showed that the dependence of inlet pressure on the mass flux follows a power law in subsonic jets and a linear law in sonic jets. The effect of nozzle submerged depth was negligible. The isolated bubbling regime, continuous bubbling regime, transition regime, and jetting regime were observed in turn, as the mass flux increased. In the bubbling regime and jetting regime, the air volume fraction distribution was approximately symmetric in space. Themelis model could capture the jet trajectory well. In the transition regime, the air volume fraction distribution loses symmetry due to the bifurcated secondary plume. The Li correlation and Themelis model showed sufficient accuracy for the prediction of jet penetration length.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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